plc控制电梯.docx
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plc控制电梯
第一章绪论
继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。
但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。
可编程序控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。
因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。
1.1电梯继电器控制系统的优点和缺点
1.1.1电梯继电器控制系统的优点
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
1.1.2电梯继电器控制系统的缺点
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难
以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
1.2PLC及在电梯控制中的应用特点
1.2.1PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作维修、编程简单、灵活性强等特点。
（一）可靠性:
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短；PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF.降低了MTTR.使可靠性提高；PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误；PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高；在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性的元件;采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等；PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。
（二）易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:
操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示；编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握f地解。
采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程；维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
（三）编程简单,用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。
例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。
这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。
（四）灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:
（1）编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图，功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
（2）扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
（3）操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
1.2.2PLC控制电梯的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
1.3电梯变频调速控制的特点:
随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。
电动机交流变频调速技术是当今节电改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
变频调速电梯的特点:
（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小，结构简单，维护方便、可靠性高、价格低等优点；
（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，己逐渐取代直流电机调速；（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。
第二章电梯设备与电梯发展动态
2.1电梯设备
2.1.1电梯的分类
电梯用途可分为乘客、载货、客货、住宅、服务、船舶、车辆等电梯，以及自扶电梯等
按速度一般可分为低速电梯（V<1m/s）、快速电梯（V<1～2m/s）、高速电梯（V<2～4m/s）超高速电梯（V<5～6m/s）等。
目前世界上速度最快的电梯速度可达到800m/min左右。
按拖动方式可分为：
1．交流电梯交流电梯曳引电动机是交流电机。
当电动机是单速时，称为交流单速电梯，其速度一般不高于0.5m/s。
当电动机是双速时，称为交流双速电梯，其速度一般不高于1m/s。
当电动机具有调压调速装置时称为交流调速电梯，其速度一般不高于1.75m/s。
当电动机具有调压调频调速装置时称为交流调频调压电梯，其速度可达6m/s。
2．支流调速支流电梯曳引电动机是支流电动机，采用支流发电机-电动机系统驱动，近年来才用晶闸管-电动机系统，其速度一般高于2.5m/s。
3．液压电梯液压电梯是要液压传动的电梯。
4．齿轮齿条式电梯齿轮齿条试电梯的齿条固定在构架上，电动机-齿轮传动机构装在轿厢上，靠齿轮的齿条上的爬行来驱动轿厢，一般为工程电梯。
按有无司机可分为有司机电梯、无司机电梯及有/无司机电梯。
按电梯控制方式可分为：
1．手柄操纵控制电梯手柄操纵是由电梯司机操纵轿厢内的手柄开关，实现轿厢运行的控制。
2．按钮控制电梯按钮控制是操纵层门外侧按钮或轿厢内按钮，均可发出指令，使轿厢停靠层站的控制。
3．信号控制电梯信号控制是将层门外上下召唤信号、轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后，由司机操纵轿厢运行的控制。
4．集选控制电梯集选控制是将层门外上下召唤信号，轿厢内选层信号及各种专用信号加以综合分析判断后，自动决定轿厢运行的无司机控制。
5．向下集合控制电梯向下集合控制是各层站的召唤盒有呼梯信号时，只有轿厢向下运行时才能顺向应答召唤停靠的控制。
其他还有并联控制电梯、群楼程序控制电梯等。
上述几中控制方式一般采用继电器----接触器控制。
近年来国内不少生产产家才用可编程序控制器取代继电器----接触器控制，他具有接线简单、可靠性高等优点。
另外还有采用单板机、单片机、单微机控制、多微机控制等。
2.1.2电梯的主要组成部分
（1）曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。
电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。
（2）轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式，双折中分式和直分式等。
（3）电器设备及控制装置有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。
（4）其它装置对重装置、补偿装置等。
2.1.3电梯的安全保护装置
（1）电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
（2）强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。
（3）限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
（4）行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。
（5）急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。
（6）厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才一允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。
（7）关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。
（8）超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。
（9）其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
2.2电梯的发展动态
随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志作为高层建筑的垂直运载工具-----电梯得到了快速发展。
2.2.1电梯技术发展概况
（1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
（3）电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器—接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制，信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。
（4）电梯的管理功能不断加强。
电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。
如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。
（5）智能群控管理得到广泛应用。
（6）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，己使电梯的传动形式多样化。
2.2.2电梯发展展望
（1）结构不断紧凑化体积不断轻型化、小巧化
随着新技术、新结构、新材料，新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
（2）技术含量更高，性能更好
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:
由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
（3）安装更方便、更快捷
高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快，效率更高。
此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保—安全、环保，节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。
第三章基本方案选择
本设计通过多种方案的比较和对照，完成了电梯控制系统中可编程控制器和变频器的选择。
3.1可编程控制器的选择
3.1.1可编程控制器控制系统的I/O点数估算
根据下表可知要42个输入，20个输出。
输入
1
X00
检修开门
2
X01
检修关门
3
X02
慢上按钮
4
X03
慢下按钮
5
X04
司机选择
6
X05
检修选择
7
X06
开门限位
8
X07
关门限位
9
X10
平层
10
X11
上平层
11
X12
下平层
12
X13
顶极层
13
X14
底极层
14
X15
顶上极限
15
X16
底下极限
16
X17
厢门限位
17
X20
内部指令按钮1
18
X21
内部指令按钮2
19
X22
内部指令按钮3
20
X23
内部指令按钮4
21
X24
内部指令按钮5
22
X25
内部指令按钮6
23
X26
内部指令按钮7
24
X27
内部指令按钮8
25
X30
外部召唤按钮1
26
X31
外部召唤按钮2
27
X32
外部召唤按钮3
28
X33
外部召唤按钮4
29
X34
外部召唤按钮5
30
X35
外部召唤按钮6
31
X36
外部召唤按钮7
32
X37
外部召唤按钮8
33
X40
层楼永磁继电器1
34
X41
层楼永磁继电器2
35
X42
层楼永磁继电器3
36
X43
层楼永磁继电器4
37
X44
层楼永磁继电器5
38
X45
层楼永磁继电器6
39
X46
层楼永磁继电器7
40
X47
层楼永磁继电器8
41
X50
开车
42
X51
门锁开关
输出
1
Y01
关门
2
Y02
开门
3
Y03
起动抱闸
4
Y04
正/逆转
5
Y05
二段速度运转
6
Y06
三段速度运转
7
Y07
自动滑动
8
Y10
检修运行
9
Y14
上运行指令
10
Y15
下运行指令
11
Y20
层楼指示1
12
Y21
层楼指示2
13
Y22
层楼指示3
14
Y23
层楼指示4
15
Y24
层楼指示5
16
Y25
层楼指示6
17
Y26
层楼指示7
18
Y27
层楼指示8
19
Y30
占用指示
20
Y0
终端保护
3.1.2内存估计
用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：
内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。
（一）内存利用率。
我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。
（二）开关量输入输出的点数。
一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：
4。
这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。
所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10
（三）模拟量输入输出的总点数
只有模拟量输入时：
内存字数=模拟量点数*100
模拟量输入输出同时存在：
内存拟量字数*200
（四）程序编写质量
经验计算公式：
总存储器字数=（开关量输入点数+开关量输出点数）*10+模拟量点数*150。
然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。
3.1.3响应时间
可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。
系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。
系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。
3.1.4功能、结构要合理
单片控制往往是用一台可编程控制器控制一台设备，或者一台可编程控制器控制几台小设备。
3.1.5输入输出模块的选择
可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模型类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。
模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。
输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
3.1.6机型确定
综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX系列。
输入输出点数为42点，电机20点，考虑10%到15%的I/O裕量，我们选择FX2-128MR这种型号。
3.1.7硬件配置简介
PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。
特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。
目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。
本文所用到的产品是日本三菱FX系列超小型的FX2-128MR。
在此简单的介绍该机型的一些技术指标。
技术性能分为：
一般性能，功能特性（基本单元），输入性能，输出性能和其它性能。
3.1.7.1一般性能（见下表3.1.7.1）
表3.1.7.1一般性能
电源
AC110~120V/220~240V单相50/60Hz
电源波动
AC93.5~132V/187~264V，10ms以下瞬时断电，控制不受影响
环境温度
0~55度
环境湿度
45%~95%，无凝露
抗振动
10~55Hz，0.5mm，最大2g（重力加速度）
抗冲击
10g，3轴X、Y、Z方向各3次
抗噪声
1000V,1us,30~100Hz（噪声仿真器）
绝缘耐压
AC1500V，1min（各端子与接地端之间）
绝缘电阻
5MΩ,500VDC（各端子与接地端之间）
接地
小于100Ω（如果不可能，也可以不接地）
环境
无腐蚀气体，无导电尘埃
3.1.7.2输入性能（见表3.1.7.2）
表3.1.7.2输入性能
输入类型
无电压触点或NPN集电极开路晶体管
绝缘
光-电隔离
输入电压
内部电源DC24V±4V,外部电源DC24V±8V
输入阻抗
近似3.3KΩ
工作电流
OFF-ON
DC4mA（最小）
ON-OFF
DC1.5mA（最大）
响应时间
OFF-ON
近似10ms（有8点可改变从0~60ms）
ON-OFF
近似10ms（有8点可改变从0~60ms）
3.1.7.3功能特性（见下表3.1.7.3）
表3.1.7.3功能特性
执行方法
周期执行存储的程序，集中输入/输出
执行速度
平均12us/步
程序语言
继电器和逻辑符号（梯形图）
程序容量
1000步
指令
逻辑指令
20条（包括MC/MCR,CJP/EJP,S/R）
步进梯形指令
2条（STL,REJ）
功能指令
87个（包括+，-，×，÷，＞，=，＜，等＝
程序记忆
内部配置CMOS-RAM,EPROM/EEPROM卡
辅助继电器
无锁存
128点
锁存
64点
状态（锁存）
64点
特殊
16点
数据寄存器
64点
定时器
0.1s定时器
24点（延时接通）0.1~999s
0.01s定时器
8点（延时接通）0.01~99.9s
计数器（锁存）
30点，减法计数（0~999）
高速计数器（锁存）
1点，加/减计数（0~999999），最大2KHz
电池保护
锂电池，寿命约5年
诊断
程序检查（和，语法，电路），定时监视，电池电压，电源电压
3.1.7.4输出性能（见下表3.1.7.4）
表3.1.7.4输出性能
输出类型
继电器输出
绝缘
继电器绝缘
输出负荷
电阻负荷
2A/点
感性负荷
35V/A/300000次接通断开
灯泡负荷
100W
漏电流
0mA
响应时间
OFF-ON
近似10ms
ON-OFF
近似10ms
3.1.7.5其它功能（见下表3.1.7.5）
表3.1.7.5其它功能
型号
输入点
输出点
端子块
功耗
输入传感器电源
F2-128MR
64点
64点
可拆卸端子
40V/A
0.2A
3.2变频器的选择
随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。
目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早己问世，一其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。
因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。
这是本设计的特点之一。
目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。
3.2.1通用变频器概况
3.2.1.1通用变频器的发展
上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。
在近20年的时间内，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用JGBT两个大发展过程。
（一）容量不断扩大
80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。
到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了600KVA,400KVA以下的已经系列化。
前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量己达1800KVA随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。
（二）结构的小型化
变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSD）和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。
另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”（IntelligentModule,IPM）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。
（三）多功能和智能化
电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。
特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。
人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。
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